Военные применения «Врат разума» давным-давно предсказаны множеством научных (и не слишком научных) фантастов. Пока, правда, бесконтактное считывание нейронных потенциалов представляется делом далекого будущего. В рамках проводившихся в DARPA исследований ученые пытались выделять и интерпретировать управляющие сигналы, анализируя электроэнцефалограммы в реальном масштабе времени. Какие-то подвижки есть – например, четко идентифицирована команда «быстрее»: тот паттерн нейроимпульсов, который образуется в мозге испытуемого, когда он хочет заставить вращающееся перед ним на экране смоделированное компьютером колесо крутиться с большей скоростью. Но с тонкими движениями и даже выделением направлений состояние дел пока не столь оптимистично. Слишком ослабленными и зашумленными оказываются биотоки на внешней границе черепной коробки, чтобы при помощи современной техники с уверенностью различать и интерпретировать их.
Нынешнее состояние интерфейсов «мозг—машина» можно сравнить с тем уровнем технологического развития, на котором находились в начале 1950-х гг. первые разработки по созданию сердечных электростимуляторов. Тогда подобное устройство представляло собой весьма внушительный ящик, а электрические сигналы подавались на электроды, непосредственно вживленные в сердечную мышцу. Нынешний кардиостимулятор – крохотная коробочка, не всегда и заметная под одеждой, и существенно более эффективная, однако эволюция ее заняла около полувека.
Дело даже не в том, что генерируемые мозгом управляющие сигналы оказываются слишком слабыми или неуверенно выделяемыми из общего хора, а в том, что привычный в парадигме линейного программирования подход «одна команда, одна реакция» для мозга не работает. Скорее, нейронный ансамбль действует как симфонический оркестр: каждая команда представляет собой музыкальную пьесу (целую совокупность сигналов, идущих по различным каналам и только в целом складывающихся в эффективное движение). Понятно, с чем это связано: элементарная операция по поднятию руки требует согласованной работы нескольких десятков мышц. Не случайно человек не с самого рождения уверенно владеет своим телом – пройдет несколько лет, пока ребенок научится производить уверенные и точные движения, а в мозге оформятся и закрепятся те самые музыкальные пьесы, каждая из которых соответствует определенному «элементарному» (внешне, для уже привычных к этому взрослых) движению.
Изначально исследовательская группа Джона Донохью занималась выявлением и расшифровкой управляющих команд мозга с использованием заслуженного спецназа нейробиологии – приматов. В мозг обезьян вживлялись считывающие электроды, а затем их обучали несложной компьютерной игре: требовалось при помощи обыкновенной мышки перемещать по экрану курсор, гоняясь за возникающими на нем яркими точками. Собрав достаточный массив данных и проведя их компьютерный анализ, ученые определили, какой паттерн биотоков соответствует условным командам «влево», «вправо», «вверх» и «вниз». На втором этапе эксперимента мышку у обезьян отбирали, а те, видя на экране привычные яркие точки и рассчитывая на вкусное вознаграждение, мысленно отдавали команды перемещения курсора... Курсор в результате двигался, причем достаточно уверенно, и именно в нужном направлении.
Для медицинских приложений доктор Донохью переработал методику контроля биотоков. В черепной коробке высверливается отверстие размером с мелкую монету, и через него на поверхность коры мозга устанавливается двумерная «гребенка» датчиков в плоской сборке. В результате становится возможным отслеживать сигналы сотни расположенных вблизи этого участка нейронов; а верный выбор расположения самого участка поближе к двигательным отделам мозга дает уверенность в том, что получаемую информацию удастся интерпретировать осмысленно.
Когда будет отработана методика точной подстройки реакции компьютера на команды пациента (налажена обратная связь), появятся возможности широкого и гораздо менее затратного внедрения Braingate в медицинскую практику. Применения его необозримы: главное – обеспечить максимально точный «перевод» сигналов с языка биотоков на компьютерный. Уже сейчас программные средства, созданные Cyberkinetics, позволяют перемещать усилием мысли курсор по экрану вмонтированного в инвалидное кресло ПК. Если задержать курсор над интерфейсной кнопкой и слегка поводить им из стороны в сторону, то такое действие воспринимается как нажатие – соответственно появляется возможность работать со множеством уже существующих приложений, вплоть до набора текста (что, правда, пока потребует немалого времени и сосредоточенных усилий – придется тщательно переводить курсор на каждую последующую букву). Управлять движением моторизованной тележки, гасить и включать свет в доме, отпирать двери – все это прикованный к креслу человек снова сможет без посторонней помощи.
Ведущие разработки в компании Cyberkinetics специалисты сталкиваются со множеством сложностей, например нехваткой вычислительных мощностей традиционных компьютеров. Казалось бы, все, что требуется от ПК, – привязанный к реальному потоку времени, согласованный анализ уровней потенциала с сотни нейросенсоров одновременно, – задача для современных процессоров не самая ресурсоемкая. Однако выясняется, что дальнейшее увеличение числа датчиков в микросхеме невозможно потому, что рядовой современный компьютер уже не в силах переварить больший объем информации, сохраняя темп расчетов. Вполне вероятно, что одним из средств повышения производительности такого рода вычислений станет применение нейрокомпьютеров – вычислительных систем, по принципу действия максимально приближенных к мозгу. Пока это направление развития вычислительной техники ненамного реальнее, чем упоминавшиеся ранее «ментальные контроллеры» для управления сложными машинами. Однако, быть может, настоятельная потребность во вторых стимулирует стремительную эволюцию первых?
Нынешние полупроводниковые вычислительные системы основываются на принципах, веками развивавшихся европейскими математиками. Еще в XVII веке Декарт формализовал «итерационный» подход к решению сложных вычислительных задач: последовательное их разбиение на все более простые – до тех пор, пока большая задача не сведется к набору легко выполнимых, с легкостью контролируемых и верифицируемых элементарных операций. В середине 1930-х гг. Алан Тьюринг предложил свою знаменитую вычислительную машину – пока в бумажном варианте, однако вскоре именно на основе его разработок был создан первый «настоящий» компьютер ENIAC. Идеи Тьюринга были развиты и экстраполированы фон Нейманом, после опубликования работ которого, собственно, прикладная кибернетика родилась как наука. Потом элементная база стала полупроводниковой, что позволило формализовать выполнение простейших операций в терминах бинарной логики. Затем технологии производства полупроводников усовершенствовались настолько, что транзисторы на кристаллах бытовых процессоров стали исчисляться сотнями тысяч, но закон Мура и не думает нарушаться, а вот теперь подоспели еще и многоядерные процессоры, так что, похоже, уверенной и методичной эволюции компьютеров Тьюринга – фон Неймана ничто не грозит... И только одно недоразумение смущает умы прикладных кибернетиков современности. Человеческий мозг, которому все кому не лень уподобляют компьютер уже почти три четверти века,
